EP1205745B1 - Diodenlichtquelle für eine Zeilenkamera - Google Patents

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EP1205745B1
EP1205745B1 EP01000593A EP01000593A EP1205745B1 EP 1205745 B1 EP1205745 B1 EP 1205745B1 EP 01000593 A EP01000593 A EP 01000593A EP 01000593 A EP01000593 A EP 01000593A EP 1205745 B1 EP1205745 B1 EP 1205745B1
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EP
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diodes
camera
light
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line scan
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Publication date
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    • G01N21/89Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
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    • G01N21/8901Optical details; Scanning details
    • G01N2021/8908Strip illuminator, e.g. light tube

Definitions

  • the invention relates to a device according to the Preamble of claim 1.
  • cameras are, mostly Line scan cameras, used on which objects of a Stream of material passed and accordingly from the cameras be recognized and assigned.
  • This detection and assignment can refer to different properties of objects, such as material composition, color, size or the like.
  • the information gained in this way subsequently serves as the basis for the Control of subsequent processes, or the Control of a separator, which the objects in sorted different fractions.
  • the disadvantage of using a fluorescent tube is in that at both ends of a fluorescent tube a decreasing light intensity is observed, so only one limited range of fluorescent tubes are used can.
  • This one has lighting devices of this kind much wider than the detection space of the line scan cameras to build. Be about several fluorescent tubes for use used with several line scan cameras, it follows thereby a total width of the relevant plant section, which is much larger than the detection space of the cameras. Even if, for example, a long fluorescent tube the Areas of several line scan cameras serves as a light source, so are still at the two ends of the fluorescent tube Areas present through the cameras are no longer for one secure detection can be used.
  • the Lighting device must be much wider than that be relevant plant section.
  • Another disadvantage It follows that the brightness of the light source only as a whole can be changed or controlled, so on any differences in the individual over the Plant section distributed line scan cameras did not influence can be taken.
  • AT 001 264 U1 proposes a measuring system for non-contact Scanning the surface of glass plates using Infrared LEDs ("Light Emitting Diodes").
  • IR photodiodes or Transistors are used as receiver elements. There are however, due to the preferential use of light in the infrared spectral range no optical devices between the infrared LEDs and the material flow or the Material flow and the receiver elements provided.
  • US 5,365,084 discloses a lighting system for High speed video inspection. It will in this case arranged in rows LEDs with different Wavelength of the emitted light used. This document suggests improvements in signal processing, contains however no indications over an improvement of the Illumination using optical measures.
  • DE 24 26 866 B2 shows arranged in rows LEDs, but otherwise refers to the electronic Data analysis. Again, there are intensity minima in the Symmetry levels between each two LEDs, sometimes Problems with the precise identification of elements of the Can cause material flow.
  • the aim of the invention is to eliminate these disadvantages and a compact detection unit with versatile adjustment and To develop control systems that provide a uniform Ensures lighting of the relevant section of the plant. This is achieved by the characterizing features according to the invention of claim 1 solved.
  • Claim 1 relates to the use of multiple diodes, in the form of one or more rows next to each other over the entire width of a plant section for the detection of Objects, such as the slide of a sorting plant, or parts arranged therefrom.
  • These diodes are separate are adjustable, so approximately along the row-shaped arranged diodes, the brightness or the frequency of the emitted light can be varied in sections. ever but if required, several diodes of a common Subject to regulation.
  • the diodes represent approximately punctiform light sources, It is for uniform illumination of the subject Plant section, however, crucial, the use to provide an optical device that the of the diodes emitted light appears diffuse. That allows one uniform illumination of the detected by the line scan cameras Areas.
  • the optical device described in claim 1 makes this equalization of the emitted from the diodes Light and thus ensures a secure detection of Sorted material and its detection by cameras.
  • Claim 2 describes a preferred arrangement of used cameras in the invention Lighting device and claim 3 a favorable Embodiment of the diodes used.
  • FIG. 1 shows the relative Arrangement of cameras, diodes, material flow and the optical device consisting of the two diffusers and a lens.
  • FIG. 2 provides an overview sketch Illustration of the use of the invention, approximately in Connection with a downstream sorting device, represents.
  • FIG. 1 shows schematically the invention Lighting device for the detection area 1 a Line scan camera 2.
  • a Plant section 3 e.g. the slide of a sorting plant, to capture objects of a material stream side by side line scan cameras arranged so that the Detection areas 1 of adjacent cameras 2 in the plane of the Overlap section 3.
  • the plant section 3 is made of transparent or transparent material designed.
  • Diodes 4 preferably white light diodes, are in the form of a or more rows across the entire width of the Plant section 3 or partially arranged therefrom.
  • This Diodes 4 are used in the illustrated embodiment as Light sources for the transillumination of transparent or translucent objects 5 and are therefore arranged so that they are, seen from the line scan cameras, behind the Section 3 are located.
  • the diodes 4 can be controlled individually.
  • An optical unit consisting of a diode-side Diffuser 6, an object-side diffuser 7 and a intermediate lens 8, that converts from approximate Pointed diode light sources emitted light in diffused Light around.
  • the lens 8 serves to that of the diode-side Diffuser to control radiated light in its luminous intensity, but also to uniform.
  • Material and dimensioning the diffusers and the lens are chosen so that a uniform illumination of the detection area 1 guaranteed and depends on the particular application, So about the optical density of the objects 5 and the Plant section 3, distance between camera 2 and Section 3 and between section 3 and Diodes 4 and much more.

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Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei derartigen Vorrichtungen zum Erfassen und Erkennen von Objekten, z.B. in Sortieranlagen, werden Kameras, meistens Zeilenkameras, eingesetzt, an denen Objekte eines Materialstromes vorbeigeführt und von den Kameras entsprechend erkannt und zugeordnet werden. Diese Erkennung und Zuordnung kann sich auf verschiedene Eigenschaften der Objekte beziehen, wie Materialzusammensetzung, Farbe, Größe oder dergleichen. Die so gewonnenen Informationen dienen in weiterer Folge der Steuerung nachfolgender Prozessabläufe, oder auch der Steuerung einer Trennvorrichtung, die die Objekte in unterschiedliche Fraktionen sortiert.
Bei durchsichtigen oder durchscheinenden Gütern wird sehr oft mit Durchsicht gearbeitet. Die Lichtquelle durchleuchtet dabei das zu analysierende Material, was eine zuverlässigere Erkennung, etwa der einzelnen Fraktionen eines Sortiergutes, ermöglicht. Als Lichtquelle für das Durchleuchten werden üblicherweise Leuchtstoffröhren verwendet, die sich zur Gänze oder teilweise über die Breite des betreffenden Anlagenabschnittes, etwa der Rutsche einer Sortieranlage, erstrecken. Über einen beschränkten Bereich, der von einer Zeilenkamera erfasst wird, wird somit gleichmäßiges Licht erzeugt, was innerhalb des von der Kamera erfassten Bereiches für gleichbleibende Beleuchtungsverhältnisse sorgt.
Der Nachteil bei der Verwendung einer Leuchtstoffröhre liegt darin, dass an beiden Enden einer Leuchtstoffröhre eine abnehmende Lichtstärke festzustellen ist, sodass nur ein beschränkter Bereich der Leuchtstoffröhren verwendet werden kann. Dadurch muss man Beleuchtungsvorrichtungen dieser Art wesentlich breiter als den Erkennungsraum der Zeilenkameras bauen. Werden etwa mehrere Leuchtstoffröhren zur Verwendung mit mehreren Zeilenkameras herangezogen, so ergibt sich dadurch eine Gesamtbreite des betreffenden Anlagenabschnittes, die wesentlich größer als der Erkennungsraum der Kameras ist. Selbst wenn beispielsweise eine lange Leuchtstoffröhre den Bereichen mehrerer Zeilenkameras als Lichtquelle dient, so sind trotzdem an den beiden Enden der Leuchtstoffröhre Bereiche vorhanden, die durch die Kameras nicht mehr für eine sichere Erkennung genutzt werden können. Die Beleuchtungsvorrichtung muss dabei wesentlich breiter als der betreffende Anlagenabschnitt sein. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, dass die Helligkeit der Lichtquelle nur als ganzes geändert bzw. gesteuert werden kann, sodass auf eventuelle Unterschiede bei den einzelnen über den Anlagenabschnitt verteilten Zeilenkameras nicht Einfluss genommen werden kann.
AT 001 264 U1 schlägt ein Messsystem für die berührungslose Abtastung der Oberfläche von Glasplatten mithilfe von Infrarot-LEDs ("Light Emitting Diodes")vor. IR-Fotodioden oder -transistoren werden als Empfängerelemente verwendet. Es sind jedoch aufgrund der vorzugsweisen Verwendung von Licht im infraroten Spektralbereich keine optischen Einrichtungen zwischen den Infrarot-LEDs und dem Materialstrom oder dem Materialstrom und den Empfängerelementen vorgesehen.
Auch in US 3 859 538 wird Infrarot-Licht verwendet, sodass keinerlei optische Einrichtungen zur Homogenisierung der Beleuchtung vorgesehen sind. Im übrigen bezieht sich dieses Dokument auf einen elektronischen Schaltkreis zur Verstärkung des Signals photoelektronischer Komponenten.
In US 5 365 084 wird ein Beleuchtungssystem für Hochgeschwindigkeits-Videoinspektionen offenbart. Es werden dabei reihenförmig angeordnete LEDs mit unterschiedlicher Wellenlänge des emittierten Lichtes verwendet. Dieses Dokument schlägt zwar Verbesserungen in der Signalverarbeitung vor, enthält aber keine Hinweise über eine Verbesserung der Ausleuchtung mithilfe optischer Maßnahmen.
Auch DE 24 26 866 B2 zeigt reihenförmig angeordnete LEDs, bezieht sich aber ansonsten auf die elektronische Datenauswertung. Auch hier bestehen Intensitätsminima in den Symmetrieebenen zwischen jeweils zwei LEDs, die mitunter Probleme bei der präzisen Identifikation von Elementen des Materialstromes verursachen können.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und eine kompakte Erkennungseinheit mit vielseitigen Einstell- und Steuerungsmöglichkeiten zu entwickeln, die eine gleichmäßige Beleuchtung des betreffenden Anlagenabschnittes sicherstellt. Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Anspruch 1 bezieht sich auf die Verwendung mehrerer Dioden, die in Form einer oder mehrerer Reihen nebeneinander über die gesamte Breite eines Anlagenabschnittes zur Erkennung von Objekten, etwa die Rutsche einer Sortieranlage, oder Teile davon angeordnet sind. Diese Dioden sind getrennt voneinander regelbar sind, sodass etwa entlang der reihenförmig angeordneten Dioden die Helligkeit oder auch die Frequenz des emittierten Lichtes abschnittsweise variiert werden kann. Je nach Bedarf können aber auch mehrere Dioden einer gemeinsamen Regelung unterliegen.
Da die Dioden annähernd punktförmige Lichtquellen darstellen, ist es für eine gleichmäßige Beleuchtung des betreffenden Anlagenabschnittes allerdings entscheidend, die Verwendung einer optischen Einrichtung vorzusehen, die das von den Dioden emittierte Licht diffus erscheinen lässt. Das ermöglicht eine gleichmäßige Beleuchtung der von den Zeilenkameras erfassten Bereiche. Die in Anspruch 1 beschriebene optische Einrichtung leistet diese Vergleichmäßigung des von den Dioden emittierten Lichtes und gewährleistet somit eine sichere Erfassung des Sortiergutes und dessen Erkennung durch Kameras.
Bei Anlagen zum Erkennen und Erfassen von Objekten eines Materialstromes, etwa eines Sortiergutes, ist es prinzipiell möglich, den Materialstrom entweder mit Licht zu bestrahlen und so für die zur Erfassung durch Kameras erforderliche Helligkeit zu sorgen, oder ihn mit Licht zu durchleuchten, was besonders bei durchsichtigen oder transparenten Objekten vorteilhaft ist.
Anspruch 2 beschreibt eine vorzugsweise Anordnung der verwendeten Kameras in der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung und Anspruch 3 eine günstige Ausführungsform der verwendeten Dioden.
Die Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Figur 1 zeigt dabei die relative Anordnung von Kameras, Dioden, Materialstrom sowie der optischen Einrichtung, bestehend aus den beiden Diffusoren und einer Linse. Figur 2 stellt eine Übersichtsskizze zur Illustration der Verwendung der Erfindung, etwa im Zusammenhang mit einer nachgeschalteten Sortiereinrichtung, dar.
Figur 1 zeigt dabei schematisch die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für den Erfassungsbereich 1 einer Zeilenkamera 2. Entlang der gesamten Breite eines Anlagenabschnittes 3, z.B. die Rutsche einer Sortieranlage, zum Erfassen von Objekten eines Materialstromes sind nebeneinander Zeilenkameras so angeordnet, dass sich die Erfassungsbereiche 1 benachbarter Kameras 2 in der Ebene des Anlagenabschnittes 3 überlappen. Der Anlagenabschnitt 3 ist dabei aus durchsichtigem oder transparentem Material gestaltet.
Dioden 4, vorzugsweise Weißlicht-Dioden, sind in Form einer oder mehrerer Reihen über die gesamte Breite des Anlagenabschnittes 3 oder teilweise davon angeordnet. Diese Dioden 4 dienen im dargestellten Ausführungsbeispiel als Lichtquellen zum Durchleuchten von durchsichtigen oder durchscheinenden Objekten 5 und werden daher so angeordnet, dass sie sich, von den Zeilenkameras aus gesehen, hinter dem Anlagenabschnitt 3 befinden. Durch eine Steuerungseinrichtung 9 können die Dioden 4 einzeln kontrolliert werden. Somit ist es möglich, entlang der Breite des Anlagenabschnittes die Menge des emittierten Lichtes für jede Diode individuell zu regeln, um so abschnittsweise die Helligkeit den Erfordernissen anpassen zu können.
Eine optische Einheit, bestehend aus einem diodenseitigen Diffusor 6, einem objektseitigen Diffusor 7 und einer dazwischenliegenden Linse 8, wandelt das von den annähernd punktförmigen Dioden-Lichtquellen emittierte Licht in diffuses Licht um. Die Linse 8 dient dazu, das vom diodenseitigen Diffusor abgestrahlte Licht in seiner Lichtstärke zu steuern, aber auch zu vergleichmäßigen. Material und Dimensionierung der Diffusoren und der Linse sind so gewählt, dass eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung des Erfassungsbereiches 1 gewährleistet ist und hängt von der jeweiligen Anwendung ab, also etwa von der optischen Dichte der Objekte 5 und des Anlagenabschnittes 3, Entfernung zwischen Kamera 2 und Anlagenabschnitt 3 sowie zwischen Anlagenabschnitt 3 und Dioden 4 und vieles mehr.
Im Betrieb durchlaufen durchsichtige oder transparente Objekte 5 eines Materialstromes, z.B. eines Sortiergutes, die Anlage und treffen dabei auf den von Zeilenkameras 2 erfassten Anlagenabschnitt 3. Ein Objekt 5 wird hier von diffusem Licht durchleuchtet, das von erfindungsgemäßer Beleuchtungsvorrichtung emittiert wird. Die durch das Vorbeigleiten des Objektes 5 bedingten Modifikationen des von den Dioden emittierten Lichts werden von den Zeilenkameras 2 erfasst, womit Aufschluss über verschiedene Eigenschaften des Objektes 5, wie Materialzusammensetzung, Farbe, Größe oder dergleichen, gewonnen werden kann. Ein vom Erkennungsprozess dieser Kamera gesteuertes Signal regelt schließlich einen nachgeordneten Prozessschritt oder eine nachgeordnete Trenneinrichtung 10.
Nachdem bei Anlagen mit Zeilenkameras 2 meist mehrere solcher Kameras über der Breite des Sortieranlagenabschnittes 3 angeordnet sind, die jeweils einen Abschnitt der Breite beobachten und nachgeordnete Trenneinrichtungen 10 ansteuern, ist es mit erfindungsgemäßer Beleuchtungsanordnung leicht möglich, sie abschnittsweise auf die Gegebenheiten der Zeilenkamera 2 abzustimmen. Das ist bei einer Leuchtstoffröhre, die sich über die gesamte Breite des Anlagenabschnittes erstreckt, nicht möglich. Die Erfindung stellt somit eine kompakte Erkennungseinheit mit vielseitigen Einstell- und Steuerungsmöglichkeiten dar.

Claims (3)

  1. Vorrichtung zum Erfassen und Erkennen von Objekten (5) eines Materialstromes, die Lichtquellen und mindestens eine Kamera (2), die Eigenschaften der Objekte des Materialstromes wie Materialzusammensetzung, Farbe, Größe oder dergleichen detektiert und zur Ansteuerung von Auswerteeinrichtungen (10) dient, umfaßt, wobei des Materialstrom zwischen den Lichtquellen und dem Erfassungsbereich der Kamera bewegt wird und wobei die Lichtquellen als reihenförmig angeordnete Dioden (4) ausgebildet sind, die hinsichtlich ihrer Helligkeit und/oder der Frequenz des von ihnen emittierten Lichtes getrennt voneinander steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die vorrichtung zusätzlich eine optische Einrichtung (6, 7, 8) vorsieht, die zwischen dem Materialstrom (5) und den Dioden (4) angeordnet ist und einen objektseitigen Diffusor (7), einen diodenseitigen Diffusor (6), sowie eine dazwischenliegende Linse (8) umfasst.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kamera (2) um eine Zeilenkamera handelt, wobei mindestens eine Kamera, vorzugsweise mehrere Kameras, über der Breite eines zum Erfassen und Erkennen der Objekte vorgesehenen Anlagenabschnittes (3) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dioden (4) Weißlicht-Dioden sind.
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